SINALIZAÇÃO SEMAFORICA

Engenharia Civil – Etapa X

Componente curricular Sistemas de Transportes e Estradas

2 Sinalização semafórica

Alexsandro Silva Solon

Fernando de Araújo

Introdução O presente capítulo apresenta um panorama dos conceitos de Engenharia de Tráfego e suas aplicações no contexto da sinalização semafórica, onde vocês terão a oportunidade de conhecer os processos e projetos que envolvem a demanda de dimensionamento e alocação de semáforo.

Neste capítulo descrevemos na sequência, os fundamentos das generalidades da sinalização semafórica, a sinalização semafórica de regulamentação e advertência, cálculos semafóricos, taxa de ocupação da via, instalações semafóricas e arranjo físico de sinalização semafórica. A finalidade deste material é orientar os alunos de engenharia civil na elaboração de projetos de sinalização semafóricas, contemplando as sinalizações de regulamentação e de advertência, e capacitá-los a utilizar as metodologias como cálculo semafórico e arranjo físico da sinalização semafórica. Com esse intuito este capítulo apresenta diversas referências às normas aplicáveis, abordagens atuais, ilustrações e exemplos, como forma de aproximar o aluno das principais referencias do campo de atuação.

Objetivos Ao final do estudo deste capítulo, esperamos que você seja capaz de:

Entender as aplicações das sinalizações semafóricas de regulamentação e advertência.

Efetuar os cálculos semafóricos de acordo com o comportamento viário analisado.

Elaborar projetos de sinalização viária contemplando semáforo.

Entender a importância do contexto semafórico para planejamento urbano.

Aplicar a metodologia de arranjo físico no momento de escolha de localização e equipamentos.

Esquema

2.1 Sinalização semafórica 2.2 Sinalização semafórica de regulamentação 2.3 Sinalização semafórica de advertência 2.4 Definições semafóricas 2.5 Cálculos semafóricos 2.6 Taxa de Ocupação da Via 2.7 Entreverdes – tempos de segurança 2.8 Parâmetros para Instalações semafóricas 2.9 Arranjo físico da sinalização semafórica (layout)

2.1 Sinalização semafórica De acordo com o CONTRAN (2007), o sistema de sinalização semafórica é um fator importante da sinalização viária que determina toda a estrutura de apontamentos luminosos para garantir com fluidez do fluxo operacional de veículos e segurança para os pedestres. Um dos principais objetivos da sinalização semafórica é determinar um ponto de equilíbrio de demanda em cruzamentos críticos e de alto potencial, visando assegurar os usuários do sistema viário com informações padronizadas e seguras. Segundo o CONTRAN (2007), a classificação da sinalização semafórica determina:

Regulamentar o direito de passagem dos vários fluxos de veículos (motorizados e não motorizados) e/ou pedestres numa interseção ou seção de via.

Advertir condutores, de veículos motorizados ou não motorizados, e/ou pedestres sobre a existência de obstáculo ou situação perigosa na via.

Para o Código de Trânsito Brasileiro (2008), a sinalização semafórica é o subsistema da sinalização viária que se compõe de luzes acionadas alternada ou intermitentemente através de sistema elétrico/eletrônico, cuja função é controlar os deslocamentos.

2.2 Sinalização semafórica de regulamentação Segundo o CONTRAN (2007), a sinalização semafórica de regulamentação tem a função de efetuar o controle do trânsito numa interseção ou seção de via, através de indicações luminosas, alternando o direito de passagem dos vários fluxos de veículos e/ou pedestres. A decisão pela adoção da sinalização semafórica no controle do tráfego deve ser precedida da avaliação da eficácia de outras formas de controle, tais como:

Controle a partir da obediência às normas gerais de circulação estabelecidas no Código de Trânsito Brasileiro (CTB).

Controle com o uso de sinalização vertical de regulamentação (placas R-1 ou R-2) e/ou de sinalização horizontal (faixa de travessia de pedestres, tipo zebrada).

Implantação de rotatórias ou outras formas de canalização do tráfego em interseções.

2.2.1 Padrão de Cores - Veículos

De acordo com CONTRAN (2007), as diferentes combinações de forma, cor e sinal integrantes da sinalização semafórica possuem significados distintos e transmitem informações específicas ao condutor e pedestre.

Vermelha: indica obrigatoriedade de parar.

Amarela: indica “atenção”, devendo o condutor parar o veículo, salvo se isto resultar em situação de perigo para os veículos que vem atrás.

Verde: indica permissão de prosseguir na marcha, efetuando o condutor a operação indicada pelo sinal luminoso.

2.2.2 Padrão de cores - Pedestres Na sequencia é apresentado alguns exemplos de aplicação de cores para pedestres. Assim como ocorre os tempos semafóricos para veículos, também são dimensionados os tempos para o pedestre atravessar a faixa. Vermelha: indica que os pedestres não podem atravessar (Figura 1).

Figura 1: Cor vermelha para pedestre. Fonte: CUCCI (2006).

Verde: assinala que os pedestres podem passar (figura 2).

Figura 2: Cor verde para pedestre com temporizador. Fonte: CUCC (2006).

2.3 Sinalização semafórica de advertência Segundo Cucci (2006), a sinalização semafórica de advertência tem a função de chamar a atenção do condutor para atentar no cruzamento de veículos e também para a utilização de faixas de pedestres. É possível que existam outros obstáculos, porém, cabe ao usuário aumentar a atenção e aplicar regras de segurança no local. A seguir (figura 3), é apresentada aplicação como exemplo de duas luzes amarelas intermitentes:

Vermelho intermitente: assinala que a fase durante a qual podem passar os pedestres está a ponto de terminar. Isto indica que os pedestres não poderão começar a cruzar a via e os pedestres que iniciaram a travessia na fase verde se desloquem, o mais breve possível, para o refúgio mais próximo.

Importante!

Figura 3: Semáforo intermitente.

Fonte: CUCCI (2006).

2.4 Definições semafóricas Segundo o CONTRAN (2007), é correto definir semáforos como sendo a obtenção da instalação de focos luminosos direcionados para o fluxo do movimento. Podem ser determinados grupos focais de regulamentação e advertência. Na sequência, CUCCI (2006), apresenta algumas definições objetivas relacionadas à semáforo.

Foco semafórico: Informa a cor do semáforo ao acender; Grupo focal: Conjunto formado por dois ou mais focos;

Figura 4: Grupo focal - Semáforo.


Movimento veicular: Fluxo de veículos que tem determinada origem e determinado destino;

Movimentos conflitantes (não compatíveis): Movimentos que se interceptam e cuja passagem, obviamente, não pode ser simultânea, por representar risco de acidente;

Aproximação: Seção de entrada em uma intersecção, delimitada pela linha de retenção. Pode ter mais de um movimento.

Observe a figura 5, a seguir:

Figura 5: Aproximações nas seções e Movimento conflitantes.


Estágio: Configuração das indicações luminosas de uma intersecção que dá direito de passagem a determinados movimentos compatíveis. Durante o período de um estágio, não há alteração das indicações luminosas (figura 6).

Figura 6: Diagrama de estágios.


• Entreverdes: período entre o final do verde de um estágio e o início do verde do estágio subsequente.

• Grupo semafórico: conjunto mínimo de grupos focais necessários para a regulamentação do direito de passagem de um movimento veicular ou de pedestres em um cruzamento.

Exemplo de grupos semafóricos:

O grupo G1 é para a aproximação da R. Pizza (2 movimentos veiculares) e o G2 para R. Sardella (também 2 movimentos). Observe a figura 7.

Figura 7: Grupos semafóricos.


2.4.1 Distribuição de grupos semafóricos

A figura a seguir, apresenta um croqui referente a uma analise de dimensionamento de distribuição de grupos semafóricos. Nesse momento, é analisado o fluxo do tráfego em diversos sentidos (bairro x centro ou centro x bairro) no cruzamento.

Figura 8: Distribuição de grupos semafóricos. Fonte: CUCCI (2006).

2.4.2 Diagrama de estágios

Segundo Cucci 2006, no diagrama de estágio é determinado os tempos de operação de cada sentido. É levando em consideração o fluxo do tráfego de maior operação para dimensionar os tempos (cores).

Figura 9: Diagrama de estágios.


2.4.3 Outras definições Cucci (2006) apresenta outras definições pertinentes ao contexto de sinalização semafórica:

Programação semafórica: Estabelecimento da sequência (ou das sequências) de

estágios e dos entreverdes para operação de um semáforo. Plano semafórico: temporização da programação semafórica. Ciclo: soma dos tempos dos estágios e entreverdes de um plano semafórico.

Na figura 10, CUCCI (2006) fez uma representação de um ciclo para uma aproximação (R. Pizza), com 19 s de verde, 3 s de amarelo e 28 s de vermelho.

Figura 10: Representação de um ciclo semafórico.


Mas atenção! Neste caso, o tempo do ciclo é de 50 s. CUCCI (2006) faz um exemplo de representação gráfica, apontando o plano semafórico, com programação e ciclo semafórico, em diagrama de barras. Nesse diagrama consta a aplicação de 02 estágios para exemplificar um cruzamento com duas aproximações (figura 11).

Figura 11: Representação gráfica Grupos Semafóricos x Estágios.


Na sequência, é demonstrado um exercício elaborado por CUCCI (2006) com representação gráfica de diagrama de barras. Elaborar o diagrama de barras para o seguinte caso:

Tempo de ciclo = 160 s Tempo de verde de A = 58 s Tempo de verde de B = 26 s Tempo de verde de C = 64 s Tempos de amarelo = 4 s

Três estágios (A, B e C não simultâneos) (figura 12):

Figura 12: Exemplo de Diagrama de Três Estágios.


2.5 Cálculos semafóricos O cálculo semafórico é fundamental para determinar os tempos adequados do semáforo, relacionando a taxa de ocupação e os movimentos críticos da via. 2.5.1 Cálculo semafórico para um cruzamento isolado

De acordo com Cucci 2006, para determinar o cálculo semafórico de um cruzamento isolado, é necessário que cada interseção tenha um controlador independente, e ainda os tempos de ciclo podem ser diferentes. 2.5.1.1 Parâmetros necessários Cucci 2006 destaca que é necessário conhecer o fluxo normal da via, o fluxo de saturação e o comportamento do entreverdes. A seguir, é apresentada a descrição de cada parâmetro:

Fluxo: É a contagem de veículos. Para um plano semafórico, usam-se os valores da hora-pico.

Fluxo de saturação: É obtido pelo histograma de fluxo veicular.

Entreverdes: É o período entre o final do verde de um estágio e o início do verde do estágio subsequente. É formado pelas parcelas do Tempo de amarelo (sempre ocorre) e Tempo de vermelho de segurança (depende das dimensões do cruzamento).

2.5.2 Perfil dos veículos no cruzamento semafórico De acordo com Cucci (2006), o comportamento dos veículos em cruzamento que possui semáforo ocorre com maior fluxo operacional. Um dos pontos mais critico é apurado no horário de pico, sendo inicio da manhã, intervalo de almoço e final de tarde. A seguir é apresentado 02 diagramas de operação em regime saturado e não saturado (figura 13 e 14).

• Exemplo: Diagrama de operação ideal (regime saturado)

Entreverdes é considerado o tempo de segurança de um cruzamento.

Importante!

Figura 13: Exemplo de Diagrama de Operação – Regime saturado. Fonte: CUCCI (2006).

• Exemplo: Diagrama de operação real (regime não saturado)

Figura 14: Exemplo de Diagrama de Operação – Regime não saturado.


2.5.3 Histograma de fluxo de veículos

Segundo Cucci 2006, o histograma é um instrumento usado para se obter o Fluxo de Saturação (Fs). O fluxo de saturação é mensurado pelo máximo fluxo que um grupo semafórico pode apresentar. 2.5.4 Construção do histograma Na figura 15 Cucci (2006), ilustra um exemplo típico de histograma. Para esse caso especifico foi considerado a relação fluxo (veículo) e tempo (tempo do semáforo). O fluxo de saturação aponta o momento critico do tempo do verde em relação ao comportamento do fluxo.

Figura 15: Aspecto típico do histograma.


2.5.5 Resultado do histograma

A seguir CUCCI (2006) apresenta algumas formas para obter a construção de um histograma. São necessárias duas pessoas, munidas de cronômetro e prancheta:

1) Com a dupla posicionada ao lado da linha de retenção, iniciar a contagem de veículos a partir do início do verde do movimento que se está estudando; 2) Marcar os valores acumulados a cada 5s em uma planilha, até que cesse a passagem de veículos; 3) Repetir o processo até obter, pelo menos, 10 medidas válidas; 4) No escritório, montar o histograma – número médio de veículos por intervalo de tempo.

2.4.5.1 Exemplo de resultado do histograma

A figura abaixo apresenta um modelo de planilha para determinar a coleta de informação. É importante parametrizar o formato dos dados visando facilitar o processo de manipulação, confiabilidade e conclusão. Após o levantamento das informações, basta projetar o histograma.

Figura 16: Exemplo de Planilha – Obtenção do Histograma.


2.5.5.2 Exemplo de Resultado do histograma com aplicação Veja abaixo um exemplo de histograma. Trata-se de um resultado de informações coletadas conforme modelo da tabela acima (figura 16).

Figura 17: Exemplo de Histograma com dados – Analise A.

Fonte: CUCCI (2006). Abaixo é apresentado outro exemplo de histograma, porém contendo maior distribuição de dados dentro de um período analisado.

Figura 18: Exemplo de Histograma com dados – Analise B. Fonte: CUCCI (2006).

2.6 Taxa de Ocupação da Via A taxa de ocupação pode ser definida como a percentagem de tempo que um determinado ponto da via está sendo ocupado por veículos (PRANZL,1999). A taxa de ocupação é uma

variável que, medida isoladamente, fornece um grau de informação bem maior do que o fluxo, no que se refere às condições de tráfego (figura 19). Taxa de ocupação (Y): A taxa de ocupação de um grupo semafórico é o quociente entre o fluxo correspondente que demanda o semáforo e o seu fluxo de saturação.

Figura 19: Aproximação A e Aproximação B.


Para calcular a taxa de ocupação, seguir a formulação da equação I conforme abaixo:

Na sequencia, segue três exemplos para ilustrar a aplicabilidade da fórmula. a) Se y = 1000/1200 y = 0,83 b) Se y = 1000/2000 y = 0,5 c) Se y = 1000/3000 y = 0,33

Em se tratando de um cruzamento de 3 fases, com movimentos não simultâneos, pode-se notar que para esta simulação, a situação “a” é melhor que as demais. Pois deve conduzir a um Tcot superior, satisfazendo também o movimento crítico em “c”.

Tvd/Tc > F/FS Tvd/Tc = F/FS (Equação II)

Tempo de Ciclo (Tc) = Tc = ƩTvd + Tp (Equação III), onde Tp = Tempo Perdido

Tempo de Ciclo Minimo (Tcmin) =

Substituindo-se I e II em III, temos: Tcmin = Tp/1 – Ʃy (Equação IV)

Determinação do Ciclo Ótimo (Tcot) = Tcot = 1,5.Tp + 5/1 – Ʃy (Equação V)

no limite

2.6.1 Exemplo de cálculo para determinar a taxa de ocupação A seguir é apresentado um exemplo de cálculo, envolvendo a taxa de ocupação, tempo de ciclo mínimo e tempo de ciclo ótimo (figura 20).

Figura 20: Aproximação A e Aproximação B – Fluxo de Saturação.


Dados: Fa = 1.000; FSa = 3.600 Fb = 2.000; FSb = 5.400 Tempo perdido = 6 s unidades de F, FS = veíc/h

Calcular os tempos de ciclo mínimo e de ciclo ótimo, aplicando-se as Equações IV e V, respectivamente:

TC mín = Tp / (1 - (Ya + Yb)) TC mín = 6 / (1 – ( Fa / Fsa + Fb / Fsb)) TC mín = 6 / (1 – (1.000 / 3.600 + 2.000 / 5.400)) TC mín = 6 / (1 – (0,28 + 0,37)) = 17 s TC ót = ( (1,5 . 6) + 5) / (1 – (0,28 + 0,37)) = 40 s

2.6.2 Exemplo de cálculo do tempo de Ciclo, ótimo e verde A figura abaixo apresenta um exemplo de 04 aproximações para determinar os tempos de ciclo e verde. Nessa figura é dado os fluxos de cada operação e seus respectivos fluxos de saturação.

Figura 21: Exemplo de 4 Aproximações.


Valores para T.O.: Y1 = 0,33; Y2 = 0,4, e, Y3 = 0,4; Y4 = 0,5

Utilizando-se a Eq. V, temos: Cot = ((1,5 . 6) + 5)/(1- 0,9) = 140s

Determinação dos tempos de verde:

Tvdi = (Tc – Tp). Yi/ Y (Eq. VI)

Tv1 = (140 – 6). 0,4/0,9 = 60s Tv2 = (140 – 6). 0,5/0,9 = 74s Tv2 = 140 – 6 – 60 = 74 s Aplicação de Exercício - Histograma de fluxo de veículos

A partir da avaliação do fluxo veicular da Via escolhida pelo aluno (ou grupo) e utilizando a planilha fornecida, calcular o Fluxo de Saturação (FS) dessa via.

Para tanto, deverão ser cumpridas as seguintes etapas: - Coleta de dados. - Tratamento dos dados. - Elaboração do histograma de fluxo. - Determinação do Fluxo de Saturação.

Parâmetros para coletar os dados:

1) A referência para contagem é a linha de retenção. Iniciar a contagem de veículos a partir do início do verde do grupo focal da Via Principal.

2) Um dos alunos deverá contar os veículos que passam na linha de retenção, ininterruptamente, até que cesse a passagem de veículos daquela tomada.

3) O outro aluno anota na planilha o número de veículos contados pelo colega em todo instante de final 0 e 5 segundos (utilizar um cronômetro).

4) Repetir o processo até obter, pelo menos, 10 medidas válidas, ou seja, 10 ciclos típicos.

5) Tirar a média de cada intervalo e colocar o valor na coluna A da planilha. 6) Passar para a coluna B o valor da média desacumulada de cada intervalo. 7) Montar o histograma considerando o número médio de veículos por intervalo de tempo

(intervalo de 5 s). 8) O valor do Fluxo de Saturação será dado pela média dos maiores patamares do

histograma.

2.7 Entreverdes – tempos de segurança De acordo com o CONTRAN (2007), Entreverdes é o intervalo de tempo compreendido entre o final do verde de um estágio e o início do verde do estágio subsequente. Para semáforos veiculares, o entreverdes é composto de um tempo de amarelo, acrescido de um tempo de vermelho geral sempre que necessário. Para semáforos de pedestres, o entreverdes corresponde ao tempo de vermelho intermitente seguido, em casos específicos, do tempo de vermelho geral. 2.7.1 Tempo de amarelo

Para determinar o tempo de amarelo é necessário conhecer a velocidade dos veículos na via. É importante usar a velocidade regulamentada para a via ou a estabelecida pelo Código de Trânsito Brasileiro, conforme a hierarquia da via:

Trânsito rápido (não tem semáforo) = 80 km/h

Arterial = 60 km/h

Coletora = 40 km/h

Local = 30 km/h

A figura 22 apresenta uma ilustração contendo 02 estágios, com aplicação do tempo de amarelo.

Figura 22: Diagrama de tempo de amarelo Fonte: CUCCI (2006).

Cucci 2006, informa na figura 23 os tempos de amarelo (ta) segundo as velocidades. O tempo de amarelo é parametrizado no plano semafórico considerando a velocidade operacional da via. Percebe-se que quanto maior a velocidade da via (km/h), maior o tempo de amarelo.

Figura 23: Tempos de amarelo Fonte: CUCCI (2006).

2.7.2 Tempo de vermelho

O tempo de vermelho de segurança é considerado o tempo que determina a eliminação máxima de veículos no cruzamento, ou seja, serve para que o veículo que entrou no cruzamento saia da zona de conflito. Em geral é usado em cruzamentos de grandes dimensões (figura 24).

Figura 24: Cruzamento de grandes dimensões. Fonte: CUCCI (2006).

2.7.2.1 Cálculo do tempo de vermelho

Figura 25: Aproximações para cálculo do tempo de vermelho Fonte: CUCCI (2006).

tvs = [(L + C) / V] - tf

onde: tvs = tempo de vermelho de segurança (s); L = largura do cruzamento, incluindo a faixa de pedestre anterior (m); C = comprimento do veículo (m); V = velocidade do veículo; tf = tempo de reação dos motoristas (s).

O tempo de reação (tf) pode ter diferentes valores. CUCCI (2006) destaca 3 situações:

1ª Situação) O próximo estágio é veicular e não há faixa de pedestres após a retenção. Nesse caso, o tempo de reação (tf) dos motoristas que se encontram na transversal e adentram ao cruzamento é de 1,2 segundos. 2ª Situação) O próximo estágio tem pedestre paralelo (“carona”). Nesse caso, o pedestre tem a oportunidade de atravessar na “carona” do verde da via perpendicular (Rua “B”) quando o fluxo da via é interrompido pelo semáforo. A parcela de tempo (tf) será igual a zero - porque os pedestres entram imediatamente na área de conflito do cruzamento. 3ª Situação) O próximo estágio é de pedestres. Nesse caso, existem grupos focais de pedestres, com um estágio para a travessia, que pode ser paralela ou não. Por questões de segurança, recomenda-se que sempre seja adotado um tempo mínimo de 1s entre o fechamento do estágio veicular (início do vermelho) e a abertura do estágio de pedestre (início do verde), mesmo sendo “carona”.

2.7.3 Exemplo 1: Cálculos semafóricos

Calcule os tempos de ciclo ótimo e de verde para a situação abaixo e para os dados fornecidos (figura 26).

Figura 26: Aproximações e diagrama de estágios. Fonte: CUCCI (2006). Dados: F e Fs em veíc/h Tempo de amarelo = 4 s por estágio F1 = 1.000 ; FS 1 = 3.000 F2 = 1.500 ; FS 2 = 4.545 F3 = 1.782 ; FS 3 = 5.400

Solução

Cálculo das taxas de ocupação (Y = F/Fs):

Y1 = 1.000 / 3.000 = 0,33; Y2 = 1.500 / 4.545 = 0,33; Y3 = 1.782 / 5.400 = 0,33. Para o estágio A (movimentos 1 e 3), a taxa de ocupação de 0,33 atende. Para o estágio B, só existe a taxa de ocupação da aproximação 2. Portanto:

Tcot = (1,5 . 8 + 5) / (1 – (0,33 + 0,33)) = 50 s Tverde A = (50 – 8) . 0,33 / 0,66 = 21 s T verde B = 50 – 8 – 21 = 21 s

2.7.4 Exemplo 2: Sequência de estágios A figura a seguir apresenta o cenário dos estágios dentro de um cruzamento. A sequência de cada estagia determinar o melhor parâmetro de alocação de tempos semafóricos.

Figura 27: Sequencia de estágios.


Observações:

Os movimentos a, c e e tem 3 faixas.

Os movimentos b e d são apenas para conversão, com 1 faixa cada.

Dado: Fs = 1800 veic/h por faixa

A figura 28 apresenta a situação esquemática de estágios. Nessa sequencia são analisados de forma isalada quando comportamento do fluxo dentro do cruzamento.

Figura 28: Situação esquemática de estágios.


Resolução – cálculo das taxas de ocupação:

Ya = Fa/FSa = 1.000 / (3 faixas x 1.800) = 0,19 Yb = Fb/FSb = 400 / (1 faixa x 1.800) = 0,22 Yc = Fc/FSc = 1.000 / (3 faixas x 1.800) = 0,19 Yd = Fd/FSd = 800 / (1 faixa x 1.800) = 0,44 Ye = Fe/FSe = 2.000 / (3 faixas x 1.800) = 0,37

Resolução – cálculo das somatórias das taxas de ocupação:

Situação 1: Ya + Yb + Yd = 0,85 (pois Yb>Yc e Yd>Ye) Situação 2: Ya + Ye + Yd = 1,0 (pois Ye>Yc e Yd>Yb)

Portanto, a situação 1 é a melhor (tem menor taxa de ocupação total)

Exercício – exemplo 1:

CUCCI (2006) elaborou o seguinte exercício: Um engenheiro de tráfego solicitou recursos para a prefeitura para alargamento das vias do cruzamento semaforizado a seguir (figura 29), que se encontra saturado. O prefeito respondeu que só havia verba suficiente para alargar uma faixa em uma das vias. Diante do exposto decida qual via deverá ser alargada?

Figura 29: Cruzamento com 02 aproximações e mesmo fluxo de saturação, por faixa.


Solução exemplo 1:

Rua A: Ya =Fa/Fsa = 2500/(4 x 1600) = 2500/6400 = 0,39 Rua B: Yb = Fb/Fsb = 4800/(5 x 1600) = 4800/8000 = 0,6

Com uma faixa extra, teríamos: Rua A’: Ya’ = Fa/Fsa’ = 2500/(5 x 1600) = 2500/8000 = 0,31 Rua B’: Yb’ = Fb/Fsb’ = 4800/(6 x 1600) = 4800/9600 = 0,5

Como só é possível alargar uma das vias, temos:

alargando-se a Rua A: Ya’ + Yb = 0,31 + 0,6 = 0,91 alargando-se a Rua B: Ya + Yb’ = 0,39 + 0,5 = 0,89

Portanto, deveria ser alargada a Rua B (pois possui menor somatória das taxas de ocupação) Exercício – exemplo 2:

Esse exercício foi elaborado por CUCCI (2006). Calcule o tempo de ciclo ótimo, segundo os dados fornecidos (figura 30). Em seguida, calcule o novo tempo de ciclo quando se acrescenta um estágio de pedestres. Dados: Tamarelo total = 6s; Largura das vias = 8m; Velocidade do pedestre = 1,2 m/s; unidade de F e Fs = veic/h.

Figura 30: Cruzamento com 02 aproximações e fluxo de saturação diferente por faixa.



Tc = (1,5 x 6) + 5/ (1 – 500/3000 + 1000/2000) = 42 s Tvd (pedestre) = 8/1,2 = 6,6 s Tverm piscante (pedestre) = 3,3 s T(estágio pedestre) = 10 s Tempo perdido = Tam + T estágio de pedestre = 10 + 6 = 16 s Tc = (1,5 x 16) + 5/ [1 – (500/3000 + 1000/2000)] = 88 s

Exercício – exemplo 3: Considere os dados da figura 31 para Calcular o Tempo de ciclo ótimo, tempos de verde e o diagrama de barras.

Figura 31: Cruzamento com 04 aproximações e fluxo de saturação diferente por faixa. Fonte: CUCCI (2006).


Determinação do ciclo ótimo (Cot): Cot = [(1,5 . 2. 3) + 5] / [1- (0,2 + 0,3 + 0,3)] = 70 s Observações: Yb > Ya + Yc, portanto a taxa de ocupação de b (0,5, representada, apenas para fins didáticos, como 0,2 + 0,3) prevalece sobre as de a e c;

O tempo perdido total é de 6 segundos, pois, para o movimento b, é como se o cruzamento só tivesse dois estágios (ver diagrama de barras)

Determinação dos tempos de verde (Tv):

TvB = (70 – 6) . 0,5 / 0,8 = 40 s (estágio 1) TvD = (70 – 6) . 0,3 / 0,8 = 24 s (estágio 2)

Obs: para determinação dos TvA e TvC isoladamente, deve-se considerar o tempo de ciclo como 43s, pois ambos estão embutidos no estágio 1, considerando o movimento B (ver Diagrama de Barras). Desse modo:

TvA = (43 – 6) . 0,2 / 0,5 = 15 s TvC = 43 – 6 –15 = 22 s

Diagrama de barras De acordo com Cucci (2006), o diagrama de barras é muito importante para visualizar de forma dinâmica o comportamento dos tempos de cada estagio no cruzamento. É através do diagrama de barras que o processo de plano semafórico fica mais visível e fácil de ser administrado.

Figura 32: Diagrama de Barras de 04 aproximações (exercício 3) Fonte: CUCCI (2006).

Exercício – exemplo 4:

Para o esquema e dados a seguir (figura 33), determine o tempo de ciclo da rede, os tempos de verde e o diagrama de barras.

Figura 33: Esquema de ciclo de rede (exercício 4)


Solução – exemplo 4:

O ciclo da rede será o maior entre os dois cruzamentos. Calculando-se os tempos de ciclo (TC) dos cruzamentos 1 e 2, temos:

TC1 = (1,5 . 2 . 4 + 5) / [1- (0,32 + 0,39)] = 59 s; TC2 = (1,5 . 2 . 3 + 5) / [1 – (0,43 + 0,22)] = 49 s.

Portanto, o ciclo da rede será de 59 s.

Cálculo dos tempos de verde (TV):

TVa = [(59 – 8) . 0,32] / 0,71 = 23 s; TVb = 59 – 8 – 23 = 28 s; TVc = [(59 – 6) . 0,43] / 0,65 = 35 s; TVd-e = 59 – 6 – 35 = 18 s. Diagrama de barras da solução do exercício 4 (figura 34):

Figura 34: Diagrama de Barras de 04 aproximações (exercício 4)

Fonte: CUCCI (2006). O início do verde de C, no instante 10, é devido ao tempo de percurso entre os cruzamentos 1 e 2, conforme enunciado. Exercício – exemplo 5: Determine os tempos de ciclo e monte uma tabela horária, a partir dos dados fornecidos (figura 35).

Figura 35: Tempo de ciclos de 02 aproximações (exercício 5)


Solução – Exemplo 5:

Os dois gráficos (figura 35) mostram a variação da demanda (FB) e da oferta (FSB) ao longo de um dia. A tabela horária deve prever as variações de ciclo compatíveis com cada faixa horária homogênea, isto é, onde o fluxo e o fluxo de saturação tem o mesmo valor.

Alguns valores foram atribuídos considerando uma certa proporcionalidade na escala da tabela de FB. No intervalo onde a curva da tabela tem uma variação vertical, utilizou-se o maior valor de fluxo, pois um valor médio geraria um ciclo insuficiente para atender a demanda quando ela atingisse o extremo superior do intervalo. Por exemplo, entre 4 e 6 da manhã, o valor adotado de FB foi de 500 veíc/h, ao invés da média do período.

Para o cálculo do tempo de ciclo para o primeiro intervalo, temos:

TC = 1,5 . TP + 5 / (1 - ΣY). Para o caso do primeiro intervalo (entre 0h00 e 4h00), as variáveis são:

TP = 6 s; FB = 250 veíc/h; FA = 0,9FB =225 veíc/h; FSB = 1000 veíc/h = FSA. Portanto: TC = [(1,5 . 6) + 5] / {1- [ (225+250)/1000]} = 27 s.

Analogamente, podemos preencher a tabela horária apresentada a seguir (figura 36).

Figura 36: Tabela horária (exercício 5) Fonte: CUCCI (2006).

Atenção! Observe que os valores do intervalo após as 20h00min se mantém inalterados até as 04h00min, o que constitui um único plano. Exercício – exemplo 6: Determine a melhor composição de rede para o esquema a seguir (figura 27), calculando seu tempo de ciclo (tempo de amarelo = 6 s por cruzamento).

Figura 27: Composição de rede e tempo de ciclo (exercício 6). Fonte: CUCCI (2006).

Solução – exemplo 6:

Um dos fatores de estruturação de uma rede é a distância entre os semáforos. Para casos gerais, 300ms é a distância máxima recomendada. Considerando-se as quadras como simétricas, podemos estabelecer uma divisão em duas redes, como mostra a figura 38:

Figura 38: Distância da composição da rede (exercício 6). Fonte: CUCCI (2006).

Conforme a figura anterior, temos a seguinte composição: REDE I: A + B + C + D REDE II: E + F + G + H

Para se estabelecer o ciclo de cada rede, é necessário se verificar qual dos cruzamentos de cada uma apresenta a maior taxa de ocupação (Y).

Para a REDE I, o cruzamento B é o que tem maior ΣY, com YB = 0,7. Para esse valor, o tempo de ciclo é de 47 s.

Para a REDE II, o cruzamento F é o que tem maior ΣY, com YF = 0,51. Para esse valor, o tempo de ciclo é de 29 s. 2.8 Parâmetros para instalações semafóricas Antes de se comentar sobre as interseções semaforizadas, é necessário estudar sobre a necessidade ou não da instalação do dispositivo semafórico. O CONTRAN (2007) destaca os nove critérios que justificam a instalação de um semáforo, como segue:

1. volumes veiculares mínimos em todas as aproximações da interseção; 2. interrupção de tráfego contínuo; 3. volumes conflitantes em interseções de 5 ou mais aproximações; 4. volumes mínimos de pedestres que cruzam a via principal; 5. índice de acidentes e os diagramas de colisão; 6. melhoria de sistema progressivo; 7. controle de áreas congestionadas; 8. combinação de critérios; e 9. situações locais específicas.

2.8.1 Controladores semafóricos De acordo com o Denatran (2008), os controladores semafóricos são dispositivos com programação antecipada para determinar o momento de alteração das cores luminosas. Esses controladores podem ser eletromecânicos e eletrônicos, sendo influenciado pela relação custo e beneficio, para determinar a escolha da aquisição. 2.8.1.1 Eletromecânicos Segundo Cucci (2006), a programação é dimensionada quando ocorre uma viabilidade de recursos mecânicos. Dependendo da complexidade, o sistema permite apenas uma programação semafórica, não flexibilizando outras aplicações. Vantagens:

Robustos

Manutenção simples

Relativamente baratos

Não precisa adotar os 09 critérios do DENATRAN, e sim somente uma das regras para apresentar a justificativa de um projeto. Manual não é obrigatório, serve apenas para orientação.

Importante!

Desvantagens:

Peças móveis desgaste

Poucos recursos de programação A figura 39 apresenta um exemplo de controlador eletromecânico. Atualmente são ofertadas melhores tecnologias no mercado, que determinam parâmetros mais eficientes e condições de custos mais competitivos.

Figura 39: Modelo de controlador eletromecânico.

Fonte: CUCCI (2006). 2.8.1.2 Eletrônicos De acordo com o Contran (2007), os controladores eletrônicos são constituídos por componentes elétricos e eletrônicos. Sua programação é implementada a partir de recursos computacionais do equipamento. Este tipo de tecnologia permite que os equipamentos disponham de recursos de programação que facilitam as soluções de engenharia. Vantagens:

Mais modernos.

Grande variedade de recursos.

Modulares.

Podem ser centralizados.

Desvantagens:

Relativamente mais caros.

Exigem manutenção especializada. A figura 40 demonstra um modelo de controlador eletrônico. Esse modelo é possível fazer planos semafóricos apenas pela base de controle. As interferências de gestão podem ser feitas a distância.

Figura 40: Modelo de Controlador Eletrônico.


2.8.2 Materiais de Instalação 2.8.2.1 Coluna semafórica (aérea) Para CUCCI (2006), a instalação aérea representa uma estrutura mais simples e de fácil aplicação, tornando mais viável para execução. Esse perfil de instalação demanda maior facilidade de manutenção nas instalações. Vantagens:

Mais rápida; Menor custo inicial.

Desvantagens:

Maior manutenção a longo prazo; Pode necessitar de postes extras para apoio da fiação; Mais exposta às ações externas (cargas altas, intempéries etc); Mau aspecto visual.

2.8.2.2 Coluna semafórica (subterrânea) De acordo com CUCCI (2006), nessa instalação a demanda por projeto de obra civil é maior para garantir uma execução mais segura conforme parâmetros de dimensionamentos. Uma das principais vantagens da utilização da coluna semafórica subterrânea é a durabilidade e a melhoria da aparência, porém apresenta um maior custo para manutenção. Vantagens:

Menor manutenção.

Maior facilidade em executar emendas.

Não polui visualmente. Desvantagem:

Custo inicial elevado, pois necessita de obras e paralisações.

A seguir, são apresentado exemplos de colunas semafóricas com instalação aérea e subterrânea (figura 41).

Figura 41: Exemplo de colunas semafóricas com instalação aérea e subterrânea. Fonte: CUCCI (2006).

2.8.3 Grupos focais semafóricos

De acordo com Cucci (2006), existem dois tipos de grupos focais, sendo um operacionalizado de forma convencional e o outro por Led (figura 42). O convencional tem custo inicial absoluto muito menor do que o a led. O consumo do grupo a led é cerca de 100 vezes menor do que o convencional. O grupo a led necessita de menor número de manutenção. Os grupos convencionais usam lâmpadas incandescentes, que tem vida útil curta.

Figura 42: Grupos focais – Convencionais e LED


2.9 Arranjo físico da sinalização semafórica (layout) De acordo com CUCCI (2006), o arranjo físico da sinalização semafórica visa determinar a melhor localização e posição para instalação um semáforo ou um grupo focal. O objetivo é reduzir os custos nos processos de instalação e manutenção, evitando reprocessos por impactos de falhas no planejamento. Existem quatros fatores que são fundamentais para minimizar os problemas e impactos futuros, que são: operação, exposição a acidentes, obstrução ao deslocamento de pedestres e alimentação elétrica.

Operação: Visa determinar a melhor condição de manter a manutenção do sistema;

Exposição a acidentes: Manter o equipamento protegido e seguro.

Obstrução ao deslocamento de pedestres: Não prejudicar as áreas e faixas que são dimensionadas para o fluxo de pedestre;

Alimentação elétrica: Garantir pontos de energia no projeto para não onerar a estrutura de investimentos;

Segundo CUCCI (2006), é importante atentar para os itens mencionados para aprimorar o sistema de gerenciamento do trânsito, aprimorando a qualidade dos usuários do sistema viário. Portanto cabe aos projetistas conhecer quais são os possíveis pontos críticos da operação e sanar o máximo de impactos futuros. A seguir, são citados os principais pontos que devem ser contemplados no momento de dimensionamento de arranjo físico da sinalização semafórica:

Grupos focais (CTB).

Grupo focal projetado.

Grupo focal repetidor.

Posicionamento em rua de mão única.

Posicionamento em rua de mão dupla.

Posição dos grupos focais: antes ou depois do cruzamento.

O Código de Trânsito Brasileiro adota os parâmetros de formato das luzes conforme modelos a seguir:

Formato das luzes:

A figura 43 ilustra o movimento veicular com a utilização do modelo de formato redondo.

Figura 43: Formato de luz redondo para movimento veicular


A figura 44 ilustra o movimento de pedestre com a utilização do modelo de formato quadrado.

Figura 44: Formato de luz quadrado para movimento de pedestre


A figura 45 ilustra o movimento veicular com a utilização de faixa reversível e modelo de formato quadrado.

Figura 45: Formato de luz quadrado para faixa reversível de movimento veicular Fonte: CUCCI (2006).

A figura 46 ilustra a aplicabilidade do movimento veicular para a utilização de direção controlada e livre com o modelo de formato redondo.

Figura 46: Formato de luz quadrado para direção controlada e livre de movimento veicular. Fonte: CUCCI (2006).

A figura 47 apresenta o posicionamento em rua de mão única, com grupo focal repetidor do lado esquerdo e projetado do direito.

Figura 47: Grupo focal repetidor lado esquerdo e projetado do lado direito – Rua de mão única. Fonte: CUCCI (2006).

A figura 48 apresenta o posicionamento em rua de mão dupla, ambos os grupos focais (repetidor e projetado) do lado direito.

Figura 48: Grupo focal repetidor lado esquerdo e projetado do lado direito – Rua de mão dupla Fonte: CUCCI (2006).

2.9.1 Vantagens e Desvantagens - Grupos focais semafóricos

De acordo com CUCCI (2006), um dos maiores gargalos é a falta de uma norma nacional para determinar o padrão ideal de posicionamento de colunas no Brasil. A regra de instalação de grupos focais semafóricos apresenta uma particularidade de cada cidade. Segue abaixo as principais vantagens e desvantagens para dimensionar o posicionamento antes e após o cruzamento.

Vantagens do posicionamento após o cruzamento:

• Informar o motorista da alteração das cores após a passagem pela via de retenção;

• Perfil mais utilizado nas cidades brasileiras; • Visão privilegiada para os primeiros da fila; • Otimização do uso de colunas.

Desvantagens do posicionamento após o cruzamento:

• Motoristas podem basear nas cores dos outros movimentos; • Visibilidade é inferior pela maior distância entre os grupos focais e a linha de

retenção.

A figura 49 ilustra um exemplo de cruzamento com os grupos focais colocados após o cruzamento.

Figura 49: Grupos focais colocados após o cruzamento. Fonte: CUCCI (2006).

A figura 50 ilustra um exemplo de cruzamento com os grupos focais colocados antes do cruzamento

Figura 50: Grupos focais colocados antes do cruzamento.


2.9.2 Representação gráfica em projetos Para projetos de sinalização semafórica é utilizado o modelo de figuras (setas) a seguir (figura 51) para determinar a leitura dinâmica do projeto. Trata-se de modelos padronizado na elaboração e execução de projetos.

Figura 51: Setas padronizadas para projetos de sinalização semafórica.


2.9.3 Exemplo de projeto semafórico

A figura 51 mostra um exemplo de projeto semafórico com a aplicação das setas mencionadas na figura 50.

Figura 51: Exemplo de projeto semafórico. Fonte: CUCCI (2006).

Referencias CÓDIGO DE TRÂNSITO BRASILEIRO: instituído pela Lei nº 9.503, de 23-9-97. 3. Ed., Brasília: DENATRAN, 2008. CONSELHO NACIONAL DE TRÂNSITO (CONTRAN). Sinalização Semafórica/Contran-Denatran. 2. Ed., Brasília: Contran, Vol. V, 2007. CUCCI, João N. Notas de Aula da Disciplina Engenharia de Tráfego. São Paulo: Faculdade Mackenzie, 2006. CUCCI Neto, João. Aplicações da engenharia de tráfego na segurança dos pedestres. Dissertação (Mestrado) – Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Departamento de Engenharia de Transportes, Universidade De São Paulo. 1996. PRANZL, M. Os Painéis de Mensagem Variável como Fonte de Informação das Condições de Tráfego: Uma Metodologia de Suporte ao Operador. Tese de Mestrado. Rio de Janeiro: COPPE/UFRJ, 1999.

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SINALIZAÇÃO SEMAFORICA